金種子人工窖泥及其黃土原料理化成分的檢測分析

程 偉 ，汪焰勝，黃訓(xùn)端，薛錫佳，吳宏萍，關(guān)玉權(quán)，岳騰飛，謝國排，彭 兵

（1.安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽236023； 2.安徽大學(xué)健康科學(xué)研究院，安徽合肥230601； 3.安徽金種子集團(tuán)有限公司分析檢測中心，安徽阜陽236018）

金種子人工窖泥及其黃土原料理化成分的檢測分析

程 偉1，汪焰勝2，黃訓(xùn)端2，薛錫佳3，吳宏萍3，關(guān)玉權(quán)1，岳騰飛1，謝國排1，彭 兵1

（1.安徽金種子酒業(yè)股份有限公司，安徽阜陽236023； 2.安徽大學(xué)健康科學(xué)研究院，安徽合肥230601； 3.安徽金種子集團(tuán)有限公司分析檢測中心，安徽阜陽236018）

優(yōu)質(zhì)窖泥是生產(chǎn)高質(zhì)量濃香型白酒的基本條件，土質(zhì)是決定窖泥質(zhì)量的關(guān)鍵因素。窖泥的水分、溫度、pH值、礦質(zhì)元素、有機(jī)質(zhì)成分等非生物因素，是窖泥微生物生存、繁衍、代謝的前提條件。掌握窖泥及其黃土原料的基本理化性質(zhì)和主要化學(xué)成分的種類及含量，有利于制訂科學(xué)、合理、優(yōu)化的人工窖泥培養(yǎng)方案。以金種子人工窖泥及其黃土原料為研究對象，采用電感耦合等離子體光譜法、分光光度法等多種分析方法對其相關(guān)理化指標(biāo)進(jìn)行檢測分析，為人工窖泥的制備及質(zhì)量控制提供依據(jù)。結(jié)果表明，金種子人工窖泥高度富含有機(jī)物，以當(dāng)?shù)氐狞S土為原料制備人工窖泥，需要添加大量的有機(jī)質(zhì)，窖泥中Cd、Pb、Cr等重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)值顯著低于國標(biāo)限量水平，表明企業(yè)制備的人工窖泥無重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)。

人工窖泥； 理化指標(biāo)； 檢測分析； 重金屬

窖泥與濃香型白酒中復(fù)雜的呈香呈味物質(zhì)的形成直接相關(guān)，是濃香型白酒窖香的基礎(chǔ)[1]。目前，人工窖泥的制備多使用部分窖內(nèi)有機(jī)物質(zhì)以及窖外物質(zhì)，如藕塘泥、爛水果、腸衣水、骨粉、大曲粉、麩皮等為材料，并添加少量微量化學(xué)元素，再配以含人工篩選的己酸菌培養(yǎng)液等。若人工窖泥培養(yǎng)中忽視土壤的選擇，可能會加快窖泥的板結(jié)老化進(jìn)程；土壤雜質(zhì)多，沙性大，造成窖泥持水性較差，窖泥因失水過快出現(xiàn)老化現(xiàn)象；土壤含鈣量、含鐵量等較高，窖泥也容易出現(xiàn)板結(jié)等現(xiàn)象。土壤是窖泥培養(yǎng)的基礎(chǔ)，是決定窖泥質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，也是窖池退化的原因之一；因此，人工窖泥培養(yǎng)過程中對土質(zhì)的選擇十分重要[2]。泥土是己酸菌、甲烷菌等的棲息場所，在窖泥培養(yǎng)之前，泥土的選擇非常重要，應(yīng)該對土壤的不同地區(qū)、不同深度、理化成分、微生物群屬及數(shù)量等方面進(jìn)行分析[3]。研究表明，人工窖泥培養(yǎng)使用的地表土以中壤或重壤較好，黃泥最佳；其中的N、P、K及有機(jī)質(zhì)含量較為豐富，比例協(xié)調(diào)，pH值適中，有害重金屬及農(nóng)殘含量低[4]。

本實(shí)驗(yàn)以金種子人工窖泥及其當(dāng)?shù)氐狞S土原料為研究對象，采用電感耦合等離子體光譜法、分光光度法等多種分析方法對相關(guān)理化指標(biāo)進(jìn)行檢測分析，有利于企業(yè)優(yōu)化人工窖泥培養(yǎng)工藝，合理設(shè)計(jì)培養(yǎng)配方，為“新窖老熟”窖池環(huán)境的人工模擬和窖泥的維護(hù)保養(yǎng)提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，金種子人工窖泥高度富含有機(jī)物，以黃土為原料制備人工窖泥，需要添加大量的有機(jī)質(zhì)，窖泥中Cd、Pb、Cr等重金屬的單項(xiàng)污染指數(shù)值顯著低于國標(biāo)限量水平，表明企業(yè)制備的人工窖泥無重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

樣品：從金種子酒業(yè)釀酒車間10條窖池中采集的共10份窖泥樣品，并分別編號為JKY1—JKY10；優(yōu)質(zhì)黃土：取自金種子酒業(yè)釀酒生產(chǎn)廠區(qū)。

試劑：高氯酸、氫氟酸、鹽酸、硫酸等試劑均為分析純，購于國藥集團(tuán)。

儀器設(shè)備：雷茲PHS-25型pH計(jì)，752分光光度計(jì)，元素分析儀（Vario ELⅢ,德國），電感耦合等離子體光譜儀（XSP IntrepidⅡ，美國），烘箱等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

窖泥干燥粉碎處理：采用室內(nèi)陰干法進(jìn)行干燥，將樣品放在容器中攤成薄層，陰干即可；采用研缽粉碎干窖泥，過100目篩，密閉干燥保存，備用。窖泥干物質(zhì)含量測定方法：采用烘干法，將窖泥稱重后放置于105℃干燥箱中過夜至恒重，稱量和計(jì)算?；瘜W(xué)分析[5-7]：應(yīng)用元素分析儀測定總C、總H、總N，電感耦合等離子體光譜法測定Ca、Fe、Mg、K、Na等，鉬銻抗分光光度法測定總P，硫酸鋇分光光度法測定總S，采用納氏試劑分光光度計(jì)法測定氨N，有機(jī)質(zhì)采用高錳酸鉀-硫酸外加熱法。

2 結(jié)果與分析

2.1 窖泥和黃土中水分含量的測定

取JKY1—JKY10優(yōu)質(zhì)鮮窖泥，105℃烘至恒重，稱量，測定結(jié)果見表1，表明窖泥干物質(zhì)含量在53%～57%，平均值為55.30%。從釀酒廠區(qū)采集的黃土按照同樣方法處理，其水分含量為20.4%。

表1 窖泥和黃土樣品中干物質(zhì)含量的測定結(jié)果

窖泥中除干物質(zhì)外，主要為水分，水分對窖泥中的微生物生長代謝和窖泥保養(yǎng)起著重要的作用。窖泥中的水分必須要達(dá)到一定的含量才能保障窖泥中微生物進(jìn)行必要的生理代謝，水分含量過低或過高都會影響窖泥品質(zhì)，成熟窖泥樣品的水分含量差異不大，常介于40%～50%之間。水分不足的窖泥，會嚴(yán)重影響發(fā)酵過程中的酶促反應(yīng)作用和熱量與物質(zhì)的傳遞，導(dǎo)致己酸菌難以繁衍代謝，窖泥過早老化[8]。黃土含水量相對較低，制備窖泥時(shí)需補(bǔ)充大量的水分或液體營養(yǎng)成分。

2.2 窖泥和黃土中有機(jī)元素含量的測定

窖泥是微生物的載體，有機(jī)物含量豐富，對10條窖池采集的窖泥樣品中C、H、N、P、S等有機(jī)元素含量進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。可以看出，窖泥中總C元素平均含量為6.09%，總H元素平均含量1.28%，總N元素平均含量1.22%，氨N平均含量1.64‰，總P元素平均含量11.37‰，總S元素平均含量1.49‰。與黃土中有機(jī)元素含量比較可知，窖泥是高度富含有機(jī)質(zhì)的肥沃泥土，若以黃土為原料制備人工窖泥，需要大量添加有機(jī)質(zhì)。培養(yǎng)窖泥時(shí)，一般選用黏性較大的黃黏土和含腐殖質(zhì)高、含沙量極少的池塘泥等。不宜在黃泥中加入大量污泥，因?yàn)閬碜晕勰嗟奈⑸锎蠖嗍桥c釀酒生產(chǎn)無關(guān)的細(xì)菌，這樣培養(yǎng)的窖泥會帶有異雜味，影響原酒品質(zhì)。

表2中各窖池窖泥樣品間變異有一定幅度，總C、總H、總N、氨N、總P、總S的變異系數(shù)分別是39.70%、26.56%、29.51%、40.85%、49.96%、28.86%。結(jié)果表明，各窖池的窖泥間有機(jī)元素存在較大幅度偏差，一定程度上反映了有機(jī)元素在不同排次的糧醅固體發(fā)酵過程中存在微生物消耗和糧醅有機(jī)物的滲透等差異。在有機(jī)元素消長的復(fù)雜過程中，及時(shí)跟蹤、調(diào)節(jié)窖泥中有機(jī)質(zhì)的含量，有利于提高窖池管理水平。因此，在人工窖泥培養(yǎng)及窖池養(yǎng)護(hù)過程中，構(gòu)建和維護(hù)良好的微生態(tài)區(qū)系，保持充足的水分、均衡的營養(yǎng)、適宜的pH值環(huán)境等是養(yǎng)護(hù)窖池遵循的基本原則[9]，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)窖泥及土質(zhì)的檢測結(jié)果，及時(shí)有針對性的補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)等成分。

表2 窖泥和黃土樣品中有機(jī)元素含量的測定結(jié)果

表3 窖泥和黃土樣品中礦質(zhì)元素含量的測定結(jié)果

表4 窖泥和黃土樣品中Cd、Pb等重金屬元素含量的測定結(jié)果 (g/kg)

2.3 窖泥和黃土中礦物元素含量的測定

窖泥中礦質(zhì)元素Ca、Fe、Mg、K、Na等的含量測定結(jié)果見表3，由表3可知，Ca、Fe、Mg、K、Na等是窖泥中的大量元素，百分含量分別是1.98%、3.25%、1.04%、2.73%、2.67%；各窖池窖泥間Ca、Fe、Mg、K、Na等含量的變異系數(shù)分別是48.99%、10.15%、41.35%、6.59%、35.21%。以上檢測結(jié)果表明在發(fā)酵過程中，Ca、Mg、Na等的含量變化較大，F(xiàn)e、K等的含量變化相對穩(wěn)定。除Na元素外，窖泥和黃土中所含有的Ca、Fe、Mg、K等礦物元素基本相當(dāng)，表明使用當(dāng)?shù)攸S土在培養(yǎng)人工窖泥時(shí)無需額外補(bǔ)充礦物元素。

2.4 窖泥和黃土中重金屬元素含量的測定

窖泥經(jīng)過多年培養(yǎng)和在釀酒過程中的反復(fù)使用，其重金屬元素可能來源于幾個(gè)方面：新培養(yǎng)窖泥時(shí)所采用的外源土壤，窖泥培養(yǎng)及使用過程中的水源、車間環(huán)境、使用的機(jī)械及金屬器具等。窖泥中的重金屬存在污染或抑制窖泥中多種功能微生物正常生長繁殖的風(fēng)險(xiǎn)，重金屬在釀造過程中也存在遷移到原酒中的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致在商品酒中可能會檢測到重金屬的存在。本文將窖泥和黃土用強(qiáng)酸微波濕法完全消解，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法快速測定了窖泥和黃土樣品中重金屬元素Cd、Pb、Cr、Cu、Zn 等的含量，結(jié)果見表 4。從 Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等重金屬元素變異系數(shù)分析可知，Pb變異系數(shù)最大，為131.85%，其遷移變化活躍，應(yīng)該從源頭加以控制，能更好降低Pb含量。黃土中Zn的含量略高，但在安全范圍之內(nèi)，且Zn是許多酶的激活劑。

窖泥中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn元素含量平均值分別為0.0007 μg/g、0.0113 μg/g、0.0983 μg/g、0.0385 μg/g、0.9107 μg/g。對照GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，Cd、Pb、Cr、Cu、Zn含量均處于顯著低的水平，窖泥Cd、Pb、Cr、Cu、Zn的單項(xiàng)污染指數(shù)值處于10-3～10-5數(shù)量級。以上數(shù)據(jù)表明該企業(yè)所用窖泥處于清潔安全水平，低于國標(biāo)限量水平，無重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。重金屬是重要的污染源，具有隱蔽性、污染周期長，難以修復(fù)，建議在實(shí)踐中加強(qiáng)重金屬污染源頭控制，選擇優(yōu)質(zhì)無污染的原料土制備人工窖泥。

3 討論與總結(jié)

培養(yǎng)窖泥所使用的基礎(chǔ)泥，其化學(xué)成分、礦質(zhì)元素及土壤結(jié)構(gòu)等存在較大差異。培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)窖泥一般應(yīng)選擇有機(jī)質(zhì)含量高、細(xì)膩的塘泥或林下土，香味純正、色澤深灰的優(yōu)質(zhì)窖皮泥，無污染且有一定黏性的黃泥等，并進(jìn)行合理搭配，以適應(yīng)窖泥微生物生長繁殖及建窖的需要。研究表明，金種子人工窖泥樣品JKY1—JKY10的水分平均含量為44.7%，與多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道窖泥含水量42%～48%之間相當(dāng)。窖泥中總C元素平均含量為6.09%，總H元素平均含量1.28%，總N元素平均含量1.22%，氨N平均含量1.64‰，總P元素平均含量11.37‰，總S元素平均含量1.49‰。金種子人工窖泥高度富含有機(jī)物，以當(dāng)?shù)攸S土為主要原料制備人工窖泥時(shí)，需要添加大量的有機(jī)質(zhì)；因此，在金種子人工窖泥配方中，選擇使用當(dāng)?shù)貎r(jià)格較低、來源豐富的小麥粉、豆餅粉等作為補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)的主要來源。

在發(fā)酵過程中，窖泥中的部分有機(jī)元素被微生物消耗，糧醅中的有機(jī)物向窖泥中滲透，能充分滿足微生物的需要，這可能是有機(jī)元素關(guān)聯(lián)度低于礦質(zhì)元素的主要原因；因此，在窖泥養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)關(guān)注礦質(zhì)元素的含量及其變化，并有針對性的補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)等成分。窖泥和黃土中礦質(zhì)元素Ca、Fe、Mg、K、Na等的含量測定結(jié)果表明，使用當(dāng)?shù)攸S土制備窖泥時(shí)無需額外添加礦質(zhì)元素。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法快速測定了窖泥及其黃土原料中重金屬元素Cd、Pb、Cr、Cu、Zn等的含量，處于極低水平，無重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)?shù)攸S土可以作為制備人工窖泥所需優(yōu)質(zhì)泥土的來源。

[1]程偉,吳麗華,徐亞磊,等.濃香型白酒釀造微生物研究進(jìn)展[J].中國釀造,2014(3)：1-4.

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Detection and Analysis of Physiochemical Components in Jinzhongzi Artificial Pit Mud and Its Raw Material

CHENG Wei1,WANG Yansheng2,HUANG Xunduan2,XUE Xijia3,WU Hongping3,GUAN Yuquan1,YUE Tengfei1,XIE Guopai1and PENG Bing1
（1.Jinzhongzi Distillery Co.Ltd.,Fuyang,Anhui 236023;2.Institute of Health Sciences,Anhui University,Hefei,Anhui 230601;3.Analysis and Test Center,Jinzhongzi Distillery Co.Ltd.,Fuyang,Anhui 236018,China)

High quality pit mud is the basic condition for producing quality Nongxiang Baijiu,and soil quality is the key factor to determine the quality of pit mud.The abiotic factors including moisture content,temperature,pH,mineral elements and organic substances in pit mud are the prerequisites for the survival,reproduction and metabolism of microbes in pit mud.The understanding of the basic physiochemical properties of pit mud and the varieties and content of its main chemical components is beneficial to scientific,rational and optimized culture of artificial pit mud.In this paper,Jinzhongzi artificial pit mud and its raw material(yellow soil)were used as the research objects,and inductively coupled plasma spectrometry,spectrophotometry and other analytical methods were used to analyze their physiochemical indexes,which provided useful reference for the preparation of artificial pit mud and its quality control.The research demonstrated that,the preparation of Jinzhongzi artificial pit mud by local yellow soil required the addition of large amounts of organic substances,besides,the pollution index of Cd,Pb,Cr and other heavy metals in pit mud was significantly lower than international standard limit level,which proved that there was no heavy metal pollution risk in the prepared artificial pit mud..

artificial pit mud;physiochemical indexes;detection and analysis;heavy metal elements

TS262.3；TS261.4；TS261.7

A

1001-9286（2017）12-0114-05

10.13746/j.njkj.2017218

安徽大學(xué)金種子酒業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院校企合作項(xiàng)目；安徽省柔和型白酒釀造及質(zhì)量安全工程技術(shù)研究中心資助項(xiàng)目。

2017-08-10

程偉（1984-），男，安徽阜陽人，工學(xué)碩士，工程師，高級品酒師，研究方向?yàn)槭称肺⑸锛夹g(shù)及發(fā)酵工程，E-mail：564853735@qq.com。

彭兵（1970-），男，安徽六安人，高級工程師，高級品酒師，省級白酒評委，研究方向?yàn)獒劸粕a(chǎn)技術(shù)與現(xiàn)代企業(yè)管理。

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2017-10-12；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20171012.1549.003.html。